熱力學(xué)基礎(chǔ)知識

1、2022-4-182022-4-181 1/52/52基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 知知 識識2022-4-182022-4-182 2/52/52一、熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-183 3/52/52制制 冷冷指在某一特定環(huán)境內(nèi)制造出比周圍環(huán)境指在某一特定環(huán)境內(nèi)制造出比周圍環(huán)境溫度低的溫度低的“冷冷”環(huán)境。環(huán)境。所謂所謂“冷冷”環(huán)境，是要求環(huán)境，是要求“特定環(huán)境特定環(huán)境”中空氣的溫度低于中空氣的溫度低于“周圍環(huán)境周圍環(huán)境”的溫度，的溫度，比如要求室內(nèi)溫度（比如要求室內(nèi)溫度（2626）低于室外溫）低于室外溫度（度（3838）等。）等。熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-184 4/

2、52/52在物理學(xué)中，把垂直作用于物體表面的力叫做在物理學(xué)中，把垂直作用于物體表面的力叫做壓力；把單位面積上所受的壓力稱為壓強(qiáng)。壓壓力；把單位面積上所受的壓力稱為壓強(qiáng)。壓強(qiáng)是物理學(xué)中定量表示壓力產(chǎn)生作用效果大小強(qiáng)是物理學(xué)中定量表示壓力產(chǎn)生作用效果大小的物理量。的物理量。壓強(qiáng)單位為帕斯卡壓強(qiáng)單位為帕斯卡, ,簡稱帕簡稱帕(Pa)(Pa)。1 1帕表示垂直帕表示垂直作用于每平方米作用于每平方米(m(m2 2) )上的力為上的力為 1 1牛頓牛頓(N)(N)。1Pa1Pa = = 1N/m1N/m2 2，1mmHg1mmHg = = 133Pa133Pa。在實(shí)際工程應(yīng)用中，人們通常習(xí)慣于把壓強(qiáng)稱工程

3、應(yīng)用中，人們通常習(xí)慣于把壓強(qiáng)稱為壓力。為壓力。壓壓 力力熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-185 5/52/52指環(huán)繞地球的空氣層在地球單位表面指環(huán)繞地球的空氣層在地球單位表面積上形成的壓力。積上形成的壓力。大氣壓力不僅與海拔高度有關(guān)，還隨大氣壓力不僅與海拔高度有關(guān)，還隨季節(jié)、氣候的變化稍有差別。季節(jié)、氣候的變化稍有差別。大大 氣氣 壓壓 力力熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-186 6/52/52指緯度指緯度4545的海平面上大氣的常年平均壓的海平面上大氣的常年平均壓力，其值為力，其值為760mmHg760mmHg。地球上絕大多數(shù)空調(diào)使用地區(qū)的大氣壓力地球

4、上絕大多數(shù)空調(diào)使用地區(qū)的大氣壓力均接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，故分析空調(diào)系統(tǒng)（包均接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，故分析空調(diào)系統(tǒng)（包括主機(jī)）時，一般假設(shè)外部環(huán)境壓力為標(biāo)括主機(jī)）時，一般假設(shè)外部環(huán)境壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。準(zhǔn)大氣壓。標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 大大 氣氣 壓壓 力力熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-187 7/52/52在工程中用壓力儀表檢測出來的密閉容器內(nèi)在工程中用壓力儀表檢測出來的密閉容器內(nèi)的壓力。壓力表讀數(shù)為密閉容器內(nèi)壓力與外的壓力。壓力表讀數(shù)為密閉容器內(nèi)壓力與外部大氣壓力的差值。部大氣壓力的差值。當(dāng)內(nèi)部壓力小于外部大氣壓時，壓力表的讀當(dāng)內(nèi)部壓力小于外部大氣壓時，壓力表的讀數(shù)為負(fù)值，此時稱密閉容器內(nèi)部處于

5、負(fù)壓狀數(shù)為負(fù)值，此時稱密閉容器內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)或真空狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部壓力大于外部大氣壓態(tài)或真空狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部壓力大于外部大氣壓力時，壓力表的讀數(shù)為正值，此時稱密閉容力時，壓力表的讀數(shù)為正值，此時稱密閉容器內(nèi)部處于正壓狀態(tài)。器內(nèi)部處于正壓狀態(tài)。表表 壓壓 力力熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-188 8/52/52密閉容器內(nèi)部的真實(shí)壓力。密閉容器內(nèi)部的真實(shí)壓力。它等于表壓力與外部環(huán)境大氣壓力之和。它等于表壓力與外部環(huán)境大氣壓力之和。絕絕 對對 壓壓 力力熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-189 9/52/52密閉容器內(nèi)部的絕對壓力小于外部密閉容器內(nèi)部的絕對壓力小于外

6、部環(huán)境壓力時的狀態(tài)。環(huán)境壓力時的狀態(tài)。真真 空空熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-181010/52/52大氣壓力、絕對壓力、表壓力的關(guān)系大氣壓力、絕對壓力、表壓力的關(guān)系大氣大氣壓力壓力絕對絕對壓力壓力表壓力表壓力表壓力表壓力真空狀態(tài)真空狀態(tài)絕對絕對壓力壓力大氣大氣壓力壓力正壓狀態(tài)正壓狀態(tài)0 Pa0 Pa熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-181111/52/52度量物體冷熱程度的物理量。度量物體冷熱程度的物理量。溫度是物體分子運(yùn)動的結(jié)果，溫度的高低用溫標(biāo)溫度是物體分子運(yùn)動的結(jié)果，溫度的高低用溫標(biāo)表示。表示。常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)()()和華

7、氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)()()。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的結(jié)冰溫度作為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的結(jié)冰溫度作為 00，沸，沸騰溫度作為騰溫度作為100100，中間分成，中間分成100100等分，每一等分等分，每一等分為一攝氏度。為一攝氏度。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的結(jié)冰溫度為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，以水的結(jié)冰溫度為3232，沸騰，沸騰溫度作為溫度作為212212，中間分為，中間分為180180等分，每一等分為等分，每一等分為一華氏度。一華氏度。溫溫 度度熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-181212/52/52n熱力學(xué)溫標(biāo)Tn又稱開爾文溫標(biāo)或絕對溫標(biāo)，單位是K。n它規(guī)定將純凈水在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰點(diǎn)定

8、為273.16K，沸點(diǎn)為373.16K，其間分n100等份，每一等份為1K。n當(dāng)物體內(nèi)部分子的運(yùn)動終止，其熱力學(xué)溫度T=0K2022-4-182022-4-181313/52/52n熱量熱量 n熱是物質(zhì)熱能的表達(dá)形式，可以表示物質(zhì)吸熱或放熱的多少，用Q表示，單位為焦耳n用J表示n常用千焦,符號為KJ.2022-4-182022-4-181414/52/52比熱容一千克的物質(zhì)溫度升高或降低一攝氏度時所吸收或放出的熱,用C表示.2022-4-182022-4-181515/52/52n內(nèi)能Un內(nèi)能是制冷系統(tǒng)內(nèi)部能量的總稱.n在熱力學(xué)中,內(nèi)能是分子熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和.2022-4-18202

9、2-4-181616/52/52熱熱 量量 與與 冷冷 量量熱量是指由于物質(zhì)間溫度差別而引起轉(zhuǎn)移的熱量是指由于物質(zhì)間溫度差別而引起轉(zhuǎn)移的能量。能量。冷量的物理含義和熱量相同，只是物體溫度冷量的物理含義和熱量相同，只是物體溫度高于周圍介質(zhì)溫度的習(xí)慣上稱為高于周圍介質(zhì)溫度的習(xí)慣上稱為“熱熱”，其，其向周圍介質(zhì)放出的能量稱為向周圍介質(zhì)放出的能量稱為“熱量熱量”，而物，而物體溫度低于周圍介質(zhì)溫度的稱為體溫度低于周圍介質(zhì)溫度的稱為“冷冷”，其，其向周圍介質(zhì)吸收的能量即為向周圍介質(zhì)吸收的能量即為“冷量冷量”。 常用單位有卡（常用單位有卡（calcal）或大卡（）或大卡（kcalkcal）。）。熱力學(xué)知識熱

10、力學(xué)知識2022-4-182022-4-181717/52/52n熱力學(xué)第一定律n是能量守恒定律，即一定量的熱消失時必然產(chǎn)生一定量的功；消耗一定量的功必然出現(xiàn)與之相對應(yīng)的一定量的熱。2022-4-182022-4-181818/52/52熱熱 力力 學(xué)學(xué) 第第 二二 定定 律律熱量能自動從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)熱量能自動從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，但熱量不能自發(fā)地從低溫物體向移，但熱量不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。高溫物體轉(zhuǎn)移。 熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-181919/52/52顯顯 熱熱物質(zhì)被加熱或冷卻時引起物質(zhì)溫度上升物質(zhì)被加熱或冷卻時引起物質(zhì)溫度上升或下降所吸

11、收或放出的熱量?；蛳陆邓栈蚍懦龅臒崃俊＿@里物質(zhì)的物態(tài)并未發(fā)生變化。這里物質(zhì)的物態(tài)并未發(fā)生變化。常用單位：卡常用單位：卡(cal)(cal)或大卡或大卡(kcal)(kcal)熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182020/52/52比比 熱熱單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高或降低單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高或降低 11時時所吸收或放出的熱量。所吸收或放出的熱量。2525時水的比熱為時水的比熱為1kcal/kg1kcal/kg 。比熱是計算顯熱的一個重要參數(shù)。比熱是計算顯熱的一個重要參數(shù)。顯熱計算顯熱計算：Q Q = = c cm mT T熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4

12、-182121/52/52單位時間內(nèi)，空調(diào)主機(jī)產(chǎn)生的冷量（即：單單位時間內(nèi)，空調(diào)主機(jī)產(chǎn)生的冷量（即：單位時間內(nèi)，空調(diào)主機(jī)轉(zhuǎn)移出的熱量位時間內(nèi)，空調(diào)主機(jī)轉(zhuǎn)移出的熱量 ）。）。制冷量制冷量 冷水流量冷水流量冷水入出口溫差冷水入出口溫差1010制制 冷冷 量量熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識10104 4kcal kcal m m3 3/h /h 2022-4-182022-4-182222/52/52也叫空調(diào)負(fù)荷。指在單位時間內(nèi)，為滿足也叫空調(diào)負(fù)荷。指在單位時間內(nèi)，為滿足房間空調(diào)需求，需向房間供應(yīng)的冷量或者房間空調(diào)需求，需向房間供應(yīng)的冷量或者熱量。熱量。熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識負(fù)負(fù) 荷荷2022-4-182022

13、-4-182323/52/52潛潛 熱熱物質(zhì)發(fā)生物態(tài)變化而溫度不變時吸收或物質(zhì)發(fā)生物態(tài)變化而溫度不變時吸收或放出的熱量。放出的熱量。制冷技術(shù)中的蒸發(fā)過程和冷凝過程，就制冷技術(shù)中的蒸發(fā)過程和冷凝過程，就是吸收和放出潛熱的過程。是吸收和放出潛熱的過程。常用單位：卡常用單位：卡(cal)(cal)或大卡或大卡(kcal)(kcal)熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182424/52/52汽化：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的過程。汽化：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的過程。汽化有兩種方式：蒸發(fā)和沸騰。汽化有兩種方式：蒸發(fā)和沸騰。汽化熱：在一定的溫度下，單位質(zhì)量液體汽化熱：在一定的溫度下，單位質(zhì)量液體

14、 完全變成同溫度的氣體所需要的完全變成同溫度的氣體所需要的熱量。熱量。例如，水的汽化熱例如，水的汽化熱100100時為時為539kcal/kg539kcal/kg汽化、汽化熱汽化、汽化熱熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182525/52/52蒸蒸 發(fā)發(fā)指液體表面分子汽化變成蒸汽分子的過程。指液體表面分子汽化變成蒸汽分子的過程。液體均具有蒸發(fā)能力，且在任何溫度下進(jìn)行。液體均具有蒸發(fā)能力，且在任何溫度下進(jìn)行。蒸發(fā)過程的快慢與蒸發(fā)條件關(guān)系很大：蒸發(fā)過程的快慢與蒸發(fā)條件關(guān)系很大：a.a.蒸發(fā)面積越大，蒸發(fā)過程越快；蒸發(fā)面積越大，蒸發(fā)過程越快；b.b.液體溫度越高，蒸發(fā)過程越快；液體

15、溫度越高，蒸發(fā)過程越快；c.c.液體表面空氣流速越大，液體表面液體表面空氣流速越大，液體表面壓力越壓力越 小小, ,蒸發(fā)過程越快蒸發(fā)過程越快。熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182626/52/52沸騰：一定壓力下沸騰：一定壓力下, ,液體被加熱到某一溫度時液體被加熱到某一溫度時, ,其內(nèi)部汽泡上升到液體表面且沖出液其內(nèi)部汽泡上升到液體表面且沖出液面而產(chǎn)生大量蒸汽，液體表面產(chǎn)生強(qiáng)面而產(chǎn)生大量蒸汽，液體表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的汽化現(xiàn)象。烈的汽化現(xiàn)象。沸騰是蒸發(fā)現(xiàn)象的劇烈表現(xiàn)。沸騰是蒸發(fā)現(xiàn)象的劇烈表現(xiàn)。沸騰、沸點(diǎn)沸騰、沸點(diǎn)沸點(diǎn)：一定壓力下，液體沸騰時的溫度。沸點(diǎn)：一定壓力下，液體沸騰時的

16、溫度。液體沸點(diǎn)與壓力密切相關(guān)。液體沸點(diǎn)與壓力密切相關(guān)。例如：例如：1 1個大氣壓條件下，水的沸點(diǎn)為個大氣壓條件下，水的沸點(diǎn)為100100，而而6.5mmHg6.5mmHg壓力時，僅為壓力時，僅為55。熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182727/52/52冷凝：當(dāng)蒸汽受壓或受冷時放出熱量，使冷凝：當(dāng)蒸汽受壓或受冷時放出熱量，使蒸汽冷卻、凝結(jié)成液體的過程。蒸汽冷卻、凝結(jié)成液體的過程。所以冷凝過程實(shí)際上是液化過程。所以冷凝過程實(shí)際上是液化過程。凝結(jié)熱：一定的溫度下，單位質(zhì)量的蒸汽凝結(jié)熱：一定的溫度下，單位質(zhì)量的蒸汽 完全變成同溫度的液體所放出的完全變成同溫度的液體所放出的 熱量

17、。熱量。冷凝、凝結(jié)熱冷凝、凝結(jié)熱熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-182828/52/52n飽和溫度:n液體沸騰時所維持不變的溫度稱為沸點(diǎn),又稱為在某一壓力下的飽和溫度.n飽和壓力:n與飽和溫度相對應(yīng)的某一壓力稱為該溫度下的飽和壓力2022-4-182022-4-182929/52/52熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-183030/52/52汽 化液 化熔 化結(jié)晶、結(jié)冰升 華凝 華熱力學(xué)知識熱力學(xué)知識2022-4-182022-4-183131/52/52n比焓比焓n焓是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)。n對于對于1 kg工質(zhì)所具有的焓稱為工質(zhì)所具有的焓稱為比焓比焓，一般

18、用符號，一般用符號h表示，單位為表示，單位為J/ kg（焦耳（焦耳/千克）或千克）或kJ/kg（千（千焦焦/千克）千克）. 關(guān)于焓的絕對值是無法測量和計算出來的。通常都選擇某一個狀態(tài)作為焓的起點(diǎn)，其他狀態(tài)點(diǎn)的焓值均是與該點(diǎn)焓的差值。在制冷工程中，一般取0時飽和液體的比焓為200.00 kJ/ kg。關(guān)于比焓的絕對值是無法求出的，實(shí)用中也沒有必要求出，因?yàn)橹灰劳环N物質(zhì)由一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時，比焓的變化量就可以了。 2022-4-182022-4-183232/52/52n比熵比熵n 熵是一個表征工質(zhì)狀態(tài)變化時與外界熱量交換程度的物質(zhì)狀態(tài)參數(shù)。n 對于對于1 kg工質(zhì)的熵而言，稱為工質(zhì)的熵而言，稱為比熵比熵，一般用符號，一般用符號s表示，單位為表示，單位為J/ (kgK) 焦耳焦耳/（千克（千克開）開）或或kJ/（kgK） 千焦千焦/（千克（千克開）開）。n 熵增加的過程表示工質(zhì)從外界吸收熱量。熵減少的過程表示工質(zhì)對外界放出熱量。n 與焓一樣，熵的絕對值無法測定，在實(shí)際應(yīng)用中也只需了解熵在熱力過程中的改變量。n當(dāng)s2s1時，為熵增加的過程，表示工質(zhì)從外界吸收熱量。n當(dāng)s2 s1時，為熵減少的過程，表示工質(zhì)對外界放出熱量。2022-4-182022-4-183333/52/52熱的傳導(dǎo)：熱的傳導(dǎo)： 傳導(dǎo)熱是指物體各部分之間無相對位移、傳導(dǎo)熱是指物體各部分之間無相對位移、或